一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法技术

本发明专利技术属于生物电池领域，具体涉及一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法。具体技术方案为：一种生物全铁液流电池，所述电池以微生物为催化核心，微生物催化Fe

【技术实现步骤摘要】
一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法


[0001]本专利技术属于生物电池领域，具体涉及一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法。

技术介绍

[0002]氧化还原液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池，具有充放电效率高、容量可以随着贮液罐的增加而提高、电解液可以循环使用等优点。氧化还原液流电池将正负极电解液与离子交换膜分隔的正负极反应室分开，其储能容量只取决于正负极电解液储罐的大小与活性物质的浓度。因此，氧化还原液流电池的设计较为灵活。
[0003]目前，商业化成熟度较高的氧化还原液流电池是全钒液流电池，简称钒电池。虽然钒电池具有瞬间充放电和深度充放电等优点，但因需要使用贵金属钒作为电解液，且需要使用的隔膜材料严重依赖进口，导致电池的装机成本过高。铁作为过渡金属元素，具有丰富的价态(Fe0、Fe
2+
、Fe
3+
)，如果以Fe0/Fe
2+
作为负极电解液的活性物质，以Fe
2+
/Fe
3+
作为正极电解液的活性物质，则可形成全铁液流电池(OIFB)。OIFB电池没有交叉污染,同时活性物质来源广泛、成本低，但又存在负极易发生析氢反应的局限性,严重影响电池性能。
[0004]为了解决上述问题，有研究者在液流电池中选择以Fe
2+
/Fe
3+
作为正负极电解液的活性物质，用三乙醇胺与铁离子在碱性条件下形成的配合物[Fe(TEOA)OH]‑
替代传统全铁液流电池的负极电对(Fe0/Fe
2+
),以解决析氢问题,并与Fe(CN)
63
‑
/Fe(CN)
64
‑
电对组合形成液
‑
液型全铁液流电池(SIFB)。SIFB电池虽然解决了析氢问题，但在强碱性电解质(pH＝14)中观察到氧化还原电对的容量急剧衰减，强碱性导致了CN
‑
解离并形成剧毒产物。
[0005]因此，如果能提供一种新的氧化还原液流电池，既能够解决钒电池成本过高和原材料依赖的问题，又可以解决全铁液流电池析氢问题和强碱环境下CN
‑
解离的问题，则将具有重要的科研价值和广阔的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种生物氧化还原铁液流电池及其制备和应用方法。
[0007]为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种生物全铁液流电池，所述电池以微生物为催化核心，微生物催化Fe
2+
氧化为Fe
3+
，和/或，微生物催化Fe
3+
还原为Fe
2+
。
[0008]优选的，所述电池为生物氧化全铁液流电池，所述电池包括第一阳极室，所述第一阳极室内设置第一阳极，所述第一阳极为生物阳极，接种Fe
2+
氧化微生物；
[0009]所述第一阳极室通过第一隔膜与第一阴极室连通，所述第一阴极室内设置第一阴极，所述第一阳极室和第一阴极室外部通过第一负载电连接；所述第一阳极室内存有和/或可泵入阳极电解液，所述第一阴极室内存有和/或可泵入阴极电解液。
[0010]优选的，所述电池为生物还原全铁液流电池，所述电池包括第二阳极室，第二阳极室内设置第二阳极；
[0011]所述第二阳极室通过第二隔膜与第二阴极室连通，所述第二阴极室内设置第二阴
极，所述第二阴极为生物阴极，接种Fe
3+
还原微生物；所述第二阳极室和第二阴极室外部通过第一外加电源电连接；
[0012]第二阳极室内存有和/或可泵入阳极电解液；第二阴极室内存有和/或可泵入阴极电解液。
[0013]优选的，所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；
[0014]所述电池包括生物氧化全铁液流电池，所述生物氧化全铁液流电池包括第一阳极室，所述第一阳极室内设置第一阳极，所述第一阳极为生物阳极，接种Fe
2+
氧化微生物；
[0015]所述第一阳极室通过第一隔膜与第一阴极室连通，所述第一阴极室内设置第一阴极，所述第一阳极室和第一阴极室外部通过第一负载电连接；
[0016]所述第一阳极室内存有和/或可泵入阳极电解液，所述第一阴极室内存有和/或可泵入阴极电解液；
[0017]所述电池包括生物还原全铁液流电池，所述生物还原全铁液流电池包括第二阳极室，第二阳极室内设置第二阳极；
[0018]所述第二阳极室通过第二隔膜与第二阴极室连通，所述第二阴极室内设置第二阴极，所述第二阴极为生物阴极，接种Fe
3+
还原微生物；所述第二阳极室和第二阴极室外部通过第一外加电源电连接；
[0019]第二阳极室内存有和/或可泵入阳极电解液；第二阴极室内存有和/或可泵入阴极电解液；
[0020]所述生物氧化全铁液流电池通过泵和管路与所述生物还原全铁液流电池连接。
[0021]优选的，所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池包括第三阳极室，所述第三阳极室内部设置第三阳极，所述第三阳极为生物阳极，接种有Fe
2+
氧化微生物组合物；所述第三阳极室通过第三隔膜与中间室连通，所述中间室内、靠近第三隔膜一侧设置第一中间室电极，所述第三阳极室与中间室通过第二负载电连接；
[0022]所述中间室内、远离第三隔膜一侧设置第二中间室电极，所述中间室通过第四隔膜与第三阴极室连通，所述第三阴极室内设置第三阴极，所述第三阴极为生物阴极，接种有Fe
3+
还原微生物组合物；所述中间室与所述第三阴极室通过第二外加电源电连接；
[0023]第三阳极室电解液储罐内装有阳极电解液，且与第三阳极室和/或第三阴极室连通，中间室电解液储罐内装有中间室电解液，与中间室连通，第三阴极室电解液储罐内装有阴极电解液，且与第三阴极室和/或第三阳极室连通。
[0024]优选的，所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池包括第三阳极室，所述第三阳极室内部设置第三阳极，所述第三阳极为生物阳极，接种有Fe
2+
氧化微生物组合物；所述第三阳极室通过第三隔膜与中间室连通，所述中间室内、靠近第三隔膜一侧设置第一中间室电极，所述第三阳极室与中间室通过第二负载电连接；
[0025]所述中间室内、远离第三隔膜一侧设置第二中间室电极，所述中间室通过第四隔膜与第三阴极室连通，所述第三阴极室内设置第三阴极，所述第三阴极为生物阴极，接种有Fe
3+
还原微生物组合物；所述中间室与所述第三阴极室通过第二外加电源电连接；
[0026]阴阳极电解液储罐内装有电解液，且与第三阳极室和第三阴极室连通，中间室电解液储罐内装有中间室电解液，与中间室连通。
[0027]优选的，催化Fe
2+
生物氧化为Fe
3+
的微生物为Fe
2+本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物全铁液流电池，其特征在于：所述电池以微生物为催化核心，微生物催化Fe
2+
氧化为Fe
3+
，和/或，微生物催化Fe
3+
还原为Fe
2+
。2.根据权利要求1所述电池，其特征在于：所述电池为生物氧化全铁液流电池，所述电池包括第一阳极室(11)，所述第一阳极室(11)内设置第一阳极(21)，所述第一阳极(21)为生物阳极，接种Fe
2+
氧化微生物；所述第一阳极室(11)通过第一隔膜(31)与第一阴极室(41)连通，所述第一阴极室(41)内设置第一阴极(51)，所述第一阳极室(21)和第一阴极室(41)外部通过第一负载(61)电连接；所述第一阳极室(11)内存有和/或可泵入阳极电解液，所述第一阴极室(41)内存有和/或可泵入阴极电解液。3.根据权利要求1所述电池，其特征在于：所述电池为生物还原全铁液流电池，所述电池包括第二阳极室(12)，第二阳极室(12)内设置第二阳极(22)；所述第二阳极室(12)通过第二隔膜(32)与第二阴极室(42)连通，所述第二阴极室(42)内设置第二阴极(52)，所述第二阴极(52)为生物阴极，接种Fe
3+
还原微生物；所述第二阳极室(12)和第二阴极室(42)外部通过第一外加电源(62)电连接；第二阳极室(12)内存有和/或可泵入阳极电解液；第二阴极室(42)内存有和/或可泵入阴极电解液。4.根据权利要求1所述电池，其特征在于：所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池包括生物氧化全铁液流电池，所述生物氧化全铁液流电池包括第一阳极室(11)，所述第一阳极室(11)内设置第一阳极(21)，所述第一阳极(21)为生物阳极，接种Fe
2+
氧化微生物；所述第一阳极室(11)通过第一隔膜(31)与第一阴极室(41)连通，所述第一阴极室(41)内设置第一阴极(51)，所述第一阳极室(21)和第一阴极室(41)外部通过第一负载(61)电连接；所述第一阳极室(11)内存有和/或可泵入阳极电解液，所述第一阴极室(41)内存有和/或可泵入阴极电解液；所述电池包括生物还原全铁液流电池，所述生物还原全铁液流电池包括第二阳极室(12)，第二阳极室(12)内设置第二阳极(22)；所述第二阳极室(12)通过第二隔膜(32)与第二阴极室(42)连通，所述第二阴极室(42)内设置第二阴极(52)，所述第二阴极(52)为生物阴极，接种Fe
3+
还原微生物；所述第二阳极室(12)和第二阴极室(42)外部通过第一外加电源(62)电连接；第二阳极室(12)内存有和/或可泵入阳极电解液；第二阴极室(42)内存有和/或可泵入阴极电解液；所述生物氧化全铁液流电池通过泵和管路与所述生物还原全铁液流电池连接。5.根据权利要求1所述电池，其特征在于：所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池包括第三阳极室(13)，所述第三阳极室(13)内部设置第三阳极(23)，所述第三阳极(23)为生物阳极，接种有Fe
2+
氧化微生物组合物；所述第三阳极室(13)通过第三隔膜(33)与中间室(101)连通，所述中间室(101)内、靠近第三隔膜(33)一侧设置第一中间室电极(102)，所述第三阳极室(13)与中间室(101)通过第二负载(63)电连接；
所述中间室(101)内、远离第三隔膜(33)一侧设置第二中间室电极(103)，所述中间室(101)通过第四隔膜(34)与第三阴极室(43)连通，所述第三阴极室(43)内设置第三阴极(53)，所述第三阴极(53)为生物阴极，接种有Fe
3+
还原微生物组合物；所述中间室(101)与所述第三阴极室(43)通过第二外加电源(64)电连接；第三阳极室电解液储罐(73)内装有阳极电解液，且与第三阳极室(13)和/或第三阴极室(43)连通，中间室电解液储罐(103)内装有中间室电解液，与中间室(101)连通，第三阴极室电解液储罐(93)内装有阴极电解液，且与第三阴极室(43)和/或第三阳极室(13)连通。6.根据权利要求1所述电池，其特征在于：所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池为生物氧化还原全铁液流电池；所述电池包括第三阳极室(13)，所述第三阳极室(13)内部设置第三阳极(23)，所述第三阳极(23)为生物阳极，接种有Fe
2+
氧化微生物组合物；所述第三阳极室(13)通过第三隔膜(33)与中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大平，李斯陶，何晓红，
申请(专利权)人：中国科学院成都生物研究所，
类型：发明
国别省市：